分析化學實驗教學改革探索

陳海春　王宏

[摘 要]分析化學實驗教學是分析化學教學過程中十分重要的教學環節，主要培養學生的動手能力和實踐能力。為了深化分析化學實驗教學內容及教學手段的改革，開辟更寬的分析化學實驗教學新路，課題組嘗試制作并利用基本操作電化教學片，增設儀器分析實驗，增設綜合型實驗，增加課程設計教學內容，使學生得到了很好的技能訓練，培養了學生分析問題、解決問題的能力，從而全面提高了分析化學實驗教學質量。

[關鍵詞]分析化學實驗；教學改革

[中圖分類號] G642.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）04-0084-03

學生在大學階段是創造性思維能力形成的最佳階段，而實驗教學對大力培養學生的創新思維能力具有十分重要的作用，通過實驗教學，可以培養和發展學生的觀察能力、實際操作能力、記憶思維能力、想象能力和創新能力，提高學生的綜合素質。因此，在實驗教學中，要堅持理論與實驗教學一體化，提高實驗的教學質量，使學生成為具有優良素質的人才。

我校作為工科院校以培養應用型、技術型人才為辦學宗旨，非常重視實驗教學，其中分析化學實驗教學是分析化學教學過程中十分重要的教學環節，可以使學生對分析化學基本理論加深理解，熟練掌握分析化學的基本操作技能，培養學生分析問題、解決問題的能力，為日后參加生產和科學研究打好一定的基礎。然而分析化學實驗教學面臨著實驗學時少、教學手段單一，導致學生不夠重視，只是機械地完成實驗任務的困境。為了深化分析化學實驗教學內容及教學手段的改革，開辟更寬的分析化學實驗教學的新路，我們進行了一些實驗教學改革探索，教學效果良好[1]。

一、制作并利用基本操作電化教學片，提高實驗技能

為使學生準確掌握分析化學的基本操作技能，突出實驗操作的規范性和熟練性，我校安排了基本操作實驗教學內容，主要以教師課堂演示加學生練習為主，但是教學學時有限，教學手段單一，學生又多，很難達到基本操作規范、熟練的要求，無法樹立嚴格的“量”的概念。為了克服上述問題，充分利用有效教學時間使學生多練習操作，達到操作規范、操作熟練的目的，我們借鑒其他兄弟院校基本操作教學方法，制作了移液管、吸量管、容量瓶、滴定管等的基本操作電化教學片。在電化教學片中，將移液管與吸量管、酸式滴定管與堿式滴定管進行對比，除了演示基本操作及方法外，還重點強調了兩者使用方法上的差別等細節。例如使用吸量管之前一定要注意觀察儀器上是否標有“吹”字，特別是小體積吸量管，當標有“吹”字時，待液面下降到管尖后，等15 秒左右，最后用洗耳球將管尖殘液吹進容器內。這一細微操作差別，使學生深切理解了“量”的概念。

該電化教學片聲像并茂、新鮮生動，學生可以在課前預習，反復觀看，課上利用有限的時間多動手操作，達到基本操作熟練、規范的要求，提高效率。在后續的實驗過程中對玻璃儀器使用、藥品稱量、溶液配制、滴定操作等嚴格要求，使學生的基本操作規范、熟練，建立準確的“量”的概念，注意培養嚴謹的科學態度。在實際教學過程中，發現學生們對基本操作電化教學片的制作很感興趣，有些學生利用課余時間主動到實驗室自行錄制一段基本操作錄像片，然后自行用小軟件進行剪輯，配上音樂，效果很好，學生說要留作紀念。這樣，從另一角度促進了學生對基本操作的興趣，有了興趣，自然就更加重視，教學效果就良好。

二、完善實驗教學內容，適應教學改革與時代發展

隨著新版教學計劃和教學大綱的制訂，我校有些專業取消了儀器分析課程，然而化學分析與儀器分析是有機結合體，現在很多企業已經不再像過去只做一些簡單的分析，而需要有很多前處理，或者有化學分析與儀器分析相結合的要求，因此取消儀器分析課程將影響學生今后的學習和工作。在深化實踐教學內容改革的指導思想下，對實驗內容進行歸類和劃分 ，劃分為基本知識和技能、化學分析實驗、儀器分析實驗三個模塊，從單一的滴定分析中跳出來，讓學生接觸到分析儀器和計算機在分析化學中的應用，注重實驗的先進性，既能增長學生的見識，又能豐富實驗內容[2]。為此我們以選做實驗的形式開設了有關儀器分析實驗——“分光光度法測定微量鐵”，以增強分析化學實驗的多樣性，增加分析化學實驗的時代氣息，使學生對分析儀器與計算機技術在分析化學中的應用有了初步認識。開設該實驗的最初目的是增加儀器分析實驗內容，教學過程中發現學生對簡單儀器實驗和計算機數據處理也很感興趣，更令人欣慰的是有些學生對題目中“微量”二字產生了興趣。之前學生們普遍認為儀器分析先進，儀器分析結果比化學分析準確，但是通過講解與探討，學生們對化學分析和儀器分析有了進一步的了解，對化學分析適用于常量、高含量分析和儀器分析適用于低含量分析，化學分析操作煩瑣但準確度高和儀器分析靈敏度高但相對誤差較大等特點有了深刻認識。遺憾的是，因為理論課中不講授儀器分析部分，只開設實驗課而且是選做實驗，所以有些學生積極性不太高，這有待改進。

三、適當增加綜合型實驗，提高學生綜合素質

以前我校開設的分析化學實驗多為驗證型實驗，陳舊單一，使得學生養成“照方抓藥”的習慣， 依賴思想相當嚴重。在構建科學的應用型人才培養實踐教學體系的指導思想下，在分析化學實驗中適宜地壓縮了單純的驗證型實驗，在操作技能熟練的基礎上，以提高學生素質為切入點，在學期末增加了與工業生產相關的綜合型實驗，激發了學生對分析化學實驗的興趣[3]。

在實驗中教師只給出實驗對象和要求，通過查閱資料、教師加以引導等途徑，由學生自行確定實驗步驟，在實驗過程中自己發現問題，改進實驗步驟，激發學生對分析化學實驗的興趣，提高學生的實踐能力和應用能力，避免學生走“照方抓藥”的老路子，注重實驗的基礎性 、實用性和綜合性，提高了學生綜合素質。通過實驗學生們不僅對驗證型實驗中教師事先準備好的實驗試劑、實驗方法有了一定的了解，還能提出很多為什么，而且能夠在教師的指導下，嘗試著找到合理的答案，令人欣慰。例如：“水泥熟料中鐵鋁鈣鎂含量的測定”實驗中，有些學生查閱資料時發現測定Fe和Al時可進行連續滴定操作，學生帶著問號重新翻閱了分析化學理論課中酸效應曲線知識，找到了測定Fe和Al時進行連續滴定的理論依據，很順利地解決了思考題，一舉兩得。再比如，理論課上反復強調Al對指示劑有封閉現象，實驗過程中學生們只注意為避免封閉現象而采取返滴定法，卻忽略了指示劑的僵化現象，有些學生在標定硫酸銅溶液實驗中出現了異常的沉淀現象，在教師的提醒下才恍然大悟：PAN還有僵化現象的問題，應該采取加入有機溶劑等措施。學生們通過解決實驗過程中出現的實際問題，不僅鍛煉了動手能力，還加深了理論知識，懂得了理論指導實驗，通過實驗達到分析目的的道理。

四、適當精煉實驗教學內容，增加課程設計教學內容[4][5]

隨著我校“以設計為主線、以實踐能力培養為核心”的應用型人才培養模式的改革與實踐，分析化學課程也緊跟教學發展步伐，在遵循“育人為本，改革創新，強化特色，提高質量”的工作方針下，結合我校的人才培養和教學實際，在熟練掌握操作技能的基礎上，安排了與理論知識密切相關的課程設計教學內容， 培養學生運用分析化學理論知識設計實驗方案的能力，探索適合我校辦學理念的課程設計教學方案，教學效果良好。

我校曾大規模重新制訂了2014版教學大綱，之后適時地局部地又修訂了幾次教學大綱，我們順應教學大綱調整，以“分析化學實驗周”的課程形式安排了課程設計教學內容。教師在分析化學課程設計教學環節中，布置了“NaOH/Na2CO3混合堿分析方案設計”和“NaHCO3/Na2CO3混合堿分析方案設計”兩個題目。第一個題目在教師的帶領下，全班一起討論，包括基準物質的選擇、標準溶液的配制與標定、指示劑的選擇、混合試樣質量的選擇等，每一步的實驗方案設計都要求理論依據及數據支撐。比如指示劑選擇內容，在期末考試中也就是占2分的填空題，在驗證型實驗中更是教師指定并且配制好指示劑學生拿過來使用便是，至于為什么，學生們大多沒有仔細考慮過，而在課程設計中學生要從計算化學計量點PH到查閱指示劑變色點及變色范圍一并思考，對指示劑的選擇和使用有了更深刻的理解。通過這一階段的訓練，學生們對分析化學實驗步驟恍然大悟，并加深認識了“雙指示劑法測定混合堿”的原理。學生們經歷了第一個題目的訓練后，接下來自行完成第二個題目的實驗方案設計。在這次課程設計教學環節中，學生們深刻體會到了理論聯系實際、理論指導分析化學實驗的道理。比如在理論教學過程中講到：為了使稱量的相對誤差小于±0.1%，試樣質量必須在0.2g以上，消耗的滴定劑體積必須大于20mL，最好使體積在25mL左右。學生在課堂上對這個知識點一聽一過，不往心里去，但是在課程設計過程中遇到了無法同時滿足兩個條件的困難，不知如何是好。于是在討論第一個課程設計題目時復習了容量瓶的兩個用途，可以利用容量瓶的稀釋用途巧妙地解決上述困難。通過該課程設計的訓練，絕大部分學生都能順利地設計出比較合理的實驗方案，再根據自己設計的實驗方案，順利的測定出混合堿中未知物的含量，教學效果良好。

在此基礎上，讓有實力、有興趣的學生通過簡單的“硝酸鉛和硝酸鉍混合試樣中鉛鉍含量的測定方案設計”，嘗試了課程設計在絡合滴定法中的應用。經過了綜合型水泥實驗后，大部分學生利用兩者的穩定常數差異大的特點，采用了既經濟又方便的連續滴定操作測定鉛鉍的方法，少部分學生嘗試了掩蔽的方法，經過對比深刻體會到了連續滴定的優點。測定方法有了，但是在具體的設計細節又遇到了問題：指示劑和緩沖溶液如何選擇？學生們一看到需要測定兩種金屬離子，首先想到的是使用兩個指示劑，經過講解和共同探討，巧妙地利用在不同pH值（酸堿度）下鉛鉍分別與指示劑絡合的原理，只選擇了二甲酚橙作指示劑，并且加深了終點時為指示劑本身的顏色的原理。在選擇緩沖溶液時，測定鉍需要控制PH約為1，學生們找不到合適的共軛酸堿對緩沖溶液。在復習了緩沖溶液的概念和作用之后，學生理解了溶解硝酸鉛、硝酸鉍時使用的濃硝酸溶液既是測定鉍的緩沖溶液的道理。在測定鉛時，為選擇PH約5的緩沖溶液，學生們展開了熱烈的討論。最終通過與理論課計算題相結合，講解了醋酸-醋酸鈉緩沖溶液與鉛離子絡合從而增大終點誤差，因此選擇了六亞甲基四胺緩沖溶液的道理。接著又有學生提出了為何不使用六亞甲基四胺-六亞甲基四胺鹽酸鹽作緩沖溶液，直接加入一元弱堿六亞甲基四胺的問題，這個問題很快被反應快的學生給出了答案：請參考理論課緩沖溶液例題，過量六亞甲基四胺與酸性溶液反應后形成了共軛酸堿對緩沖溶液。

通過該課程設計內容的學習，不僅鞏固了綜合型實驗中酸堿滴定和絡合滴定知識，還復習了酸堿滴定中緩沖溶液的知識，一舉兩得，極大地激發了學生們的學習興趣。對于這樣的課程設計教學環節，有考研想法的學生比一般學生更感興趣。因為在分析化學科目的考研題或復試題中，方案設計類考題幾乎每個高校都涉及，有了課程設計教學環節的訓練，學生們信心大增，收獲不小。

五、結束語

本文通過制作并利用分析化學基本操作電化教學片，解決了分析化學基本操作學時有限、教學手段單一的問題，教學手段新穎，教學效果良好；為適應我院某些專業取消儀器分析課程的變化，分析化學實驗課以選做的形式增加了儀器分析實驗部分；為順應“以學生為主體，教師為主導”教學理念，在分析化學實驗中適宜地壓縮了單純的驗證型實驗，在學期末增加了與工業生產相關的綜合型實驗，遵照“以設計為主線、以實踐能力培養為核心”的應用型人才培養模式，開設了分析化學課程設計，激發了學生對分析化學實驗的興趣。

分析化學是一門實踐性很強的學科，在減少驗證型實驗教學內容和教學時數時要注意知識的連貫性和整體性，安排的綜合型實驗和課程設計內容又要符合分析化學課程的特點。在學生熟練掌握分析化學基本操作技能的原則下，增加綜合型實驗和課程設計教學內容，讓學生自行查閱資料，教師加以引導，培養學生應用分析化學的基本原理解決相關問題的能力，提高學生綜合素質，激發學生對分析化學的學習興趣。我們力求遵循學校的教育教學改革方向，著力解決分析化學教學中存在的疑點問題，具有一定的特色和創新性，對提高教學質量具有積極作用。為深化分析化學實驗課教學改革，以突出專業培養特色，切實提高學生的工程實踐能力和創新意識為核心，加強實踐教學模式教學方法的改革，開辟了更寬的分析化學實驗課教學思路。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 陳貝貝.加強分析化學課程的教研改革[J].大學化學，2014（6）.

[2] 高明慧.無機與分析化學實驗課程教學改革探索[J].實驗室科學，2016（5）.

[3] 張坤.提高分析化學實驗課程教學效果的幾點措施[J].實驗科學與技術，2016（3）.

[4] 劉蘇莉.翻轉課堂的教學設計與應用——基于大學分析化學實驗的案例分析[J].大學教育，2016（5）.

[5] 馬建榮.論應用型本科人才培養目標下的課程教學設計——從學科邏輯向問題邏輯轉化的視角[J].中國高教研究，2011（4）.

[責任編輯：鐘 嵐]